CN101753859A - 摄像传感器及其驱动方法和摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摄像传感器及其驱动方法和摄像设备。该摄像传感器可以在不引起成本增加的情况下，高速且适当地对噪声成分进行校正处理。在有效像素区域中，布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素。多个基准像素区域被配置成与有效像素区域的相对边邻接，在这多个基准像素区域，布置有用于获得对于摄像信号的基准信号的像素。保持单元保持从有效像素区域获得的摄像信号和从多个基准像素区域获得的基准信号，其中，摄像信号和基准信号是以行为单位垂直扫描得到的。水平扫描由保持单元保持的摄像信号和基准信号的水平扫描单元在摄像信号之前，水平扫描由保持单元保持的基准信号。

Description

摄像传感器及其驱动方法和摄像设备

技术领域

本发明涉及一种摄像传感器及其驱动方法和摄像设备。

背景技术

对于数字照相机和摄像机等摄像设备，广泛使用CMOS图像传感器等固态摄像装置作为摄像传感器。

近年来，固态摄像装置的像素数量增大，并且各像素的大小变小。然而，随着像素大小变小，入射至各像素的光量减少，因此，像素易受噪声影响，从而引起图像质量下降。

这里参考图8和9说明产生噪声的原理。图8是示意性示出CMOS图像传感器(以下称为“CMOS传感器”)中的像素的结构的电路图。CMOS传感器中的各像素具有将光电子转换成电荷(信号电荷)并且累积该电荷的光电二极管PD、以及将累积在光电二极管PD中的信号电荷传送至浮动扩散FD的传送开关M1。

上述各像素还具有将浮动扩散FD中的信号电荷转换成电压并且放大该电压的放大MOS晶体管M3、以及复位光电二极管PD和浮动扩散FD中的信号电荷的复位开关M2。通过来自垂直扫描电路93(参考图9)的像素复位信号PRES控制复位开关M2的接通/断开。此外，上述各像素具有行选择开关M4。

现在说明如何扫描光电二极管PD中生成并累积的信号电荷。在像素单元90的给定第n行中，首先进行复位操作，在该复位操作中，从垂直扫描电路93施加像素复位信号PRES和传送信号PTX，以接通传送开关M1和复位开关M2，并且去除第n行的光电二极管PD和浮动扩散FD中累积的不必要的电荷。接着，开始累积操作，在该累积操作中，断开传送开关M1以开始累积在光电二极管PD中生成的信号电荷。然后，进行传送操作，在该传送操作中，从垂直扫描电路93施加传送信号PTX，以接通传送开关M1，并且将累积在光电二极管PD中的信号电荷传送至浮动扩散FD。在完成第n行的传送操作之后，从垂直扫描电路93施加行选择信号PSEL，以共同接通第n行中的各像素的行选择开关M4。结果，将累积在第n行中的各像素的浮动扩散FD中的电荷转换成电压，然后，同时将这些电压输出至垂直信号线V。

图9是示意性示出一般CMOS传感器的总体结构的电路图。CMOS传感器具有像素单元90、垂直扫描单元93、线存储器94和水平扫描电路96。像素单元90包括有效像素区域91和基准像素区域92。

有效像素区域91中的信号电荷实际用作反映被摄体的拍摄图像，并且基准像素区域92中的信号电荷用作用于获得不依赖于被摄体状态的图像信号的基准信号。应该注意，基准像素区域92中的像素包括被金属膜等遮光构件遮光的遮光像素或不具有光电二极管的非感光像素。

在像素单元90中以矩阵形式排列的像素中，通过来自垂直扫描电路93的传送信号PTX、复位信号PRES和行选择信号PSEL，同时控制布置在同一行中的各像素中的信号电荷的累积、垂直传送和复位。而且，将布置在相同列中的各像素共同连接至相同的垂直输出线V1～Vm-1，并且将各垂直输出线V1～Vm-1连接至各线存储器C1～Cm-1。线存储器C1～Cm-1经由各水平扫描开关Q1～Qm-1连接至水平输出线95。

通过水平扫描电路96，控制水平扫描开关Q1～Qm-1。水平扫描电路96具有与各水平扫描开关Q1-Qm-1连接的D型触发器FF1～FFm-1，并且各D型触发器FF1～FFm-1串联连接，从而使得Q输出端和D输入端顺次相互连接。下面将D型触发器FF简称为“DFF”。

因此，当向初段的DFF1的D输入端输入水平扫描开始脉冲信号PHST时，将水平扫描开始脉冲信号PHST顺次移送至后段的DFF2～DFFm-1，从而使得顺次接通水平扫描开关Q1～Qm-1。

结果，将被垂直传送至线存储器C1～Cm-1的、布置在同一行中的各像素的信号电荷(还称为像素信号)顺次读出至水平输出线95，并且将其输出至后段的图像处理单元7。另一方面，每当向垂直扫描电路93输入未示出的垂直扫描脉冲信号PV时，垂直扫描电路93将传送信号PTX、复位信号PRES和行选择信号PSEL输出至的像素行转换至下一像素行。

应该注意，各像素共享电源和GND。因此，当在读出选定像素行中的信号电荷期间电源和GND的电压水平变化时，选定像素行中的各像素中的信号电荷的电力水平同时发生变化。在这种情况下，当在一个帧的扫描期间电源和GND的电压水平变化时，由于电压水平的变化量根据各像素行而不同，因而在所拍摄的图像中产生水平条纹图案噪声。

如果电源和GND的电压水平的变化量在各选定行中不是周期性而是随机的，则还随机产生水平条纹图案噪声。用以校正这类水平条纹图案噪声的方法的例子包括偏移校正，在该偏移校正中，计算基准像素区域中的各行的像素的噪声电压的平均值，并且从有效像素区域中的各行的信号电荷减去该平均值。

作为一般图像传感器，广泛使用下面两种图像传感器：基准像素区域设置成与有效像素区域的四个边中的一个边邻接的图像传感器；以及基准像素区域设置成与有效像素区域的四个边中的垂直的两个边邻接的图像传感器。在这类图像传感器中，如果选定像素行中的各像素的电平的变化量相同，则使用基准像素区域中的噪声电压的平均值，可以通过偏移校正来适当校正水平条纹图案噪声。

然而，从电源和GND到各像素的配线长度根据图像传感器中的电源线和GND线的布局而不同，并且配线阻抗根据像素而不同。

也就是说，从电源和GND到像素的配线长度越长，像素的配线阻抗越大，像素受电源和GND的电压水平变化的影响越大，并且噪声电压越高。通常，在从图像传感器内的左侧提供电源和GND的情况下，到右侧像素的配线长度更长，并且右侧像素的噪声电压更高。换句话说，噪声电压向上或向下倾斜。

因此，当噪声电压根据水平位置而不同时，如果进行使用噪声电压的平均值的偏移校正，尽管在靠近基准像素区域的有效像素区域中可以获得高的有效性，但是在远离基准像素区域的有效像素区域中仅可以获得低的有效性。

为了解决该问题，日本特开平06-078224号公报提出了这样一种CCD摄像设备，在该设备中，将OB单元(光学黑体单元：基准像素区域)设置在有效像素区域的上方和下方，即有效像素区域的相对的两个边。

在日本特开平06-078224号公报公开的CCD摄像设备中，基于设置成与有效像素区域的相对的两个边邻接的OB单元的噪声电压，以估计的方式计算有效像素区域的噪声电压，并且从图像电压信号减去计算出的噪声电压来进行校正。

在这种情况下，由于从设置成与有效像素区域的相对的两个边邻接的两个OB单元获得校正所使用的噪声电压，因而，即使在噪声电压在一个读出方向上变化的情况下，也可以更加适当地进行校正。

在将日本特开平06-078224号公报所公开的专门针对CCD摄像设备的结构应用于CMOS传感器的情况下，可以设想如图10所示的结构。具体地，例如，将左OB单元(第一基准像素区域)1002a和右OB单元(第二基准像素区域)1002b设置在有效像素区域1001的四个边中在水平方向上相对的两个边。

在每次读出一行的像素信号(1H)时，根据左OB单元1002a和右OB单元1002b的像素信号估计有效像素区域1001中的噪声成分，并且校正有效像素区域1001中的各像素信号。

现在参考图11的时序图，详细说明将CMOS传感器中扫描像素信号的一般方法应用于图10所示的CMOS传感器的情况下的扫描控制。应该注意，在图10所示的CMOS传感器的示例性结构中，从CMOS传感器1000的左端输入水平扫描开始脉冲信号PHST。

响应于向垂直扫描电路1003输入未示出的垂直扫描脉冲信号PV(图11中的t1～t2)，选择要进行像素信号读出的像素行。根据需要从垂直扫描电路1003发送未示出的各种控制信号(t2～t3)，并且同时读出选定行中的各像素的像素信号，将其垂直传送至各列的线存储器C1～Cn，并保持在线存储器C1～Cn中。

此后，当向DFF1输入作为水平扫描开始信号的水平扫描开始脉冲信号PHST时(t3)，首先，与水平扫描脉冲PH的输入同步，从DFF1向水平扫描开关Q1输出有效脉冲(t4～t6)。结果，将保持在与左端像素列相对应的线存储器C1中的像素信号读出至水平输出线1005，并水平传送该像素信号。

此后，将水平扫描开始脉冲信号PHST移送至DFF2～DFFn，从而与水平扫描脉冲PH的输入同步，将保持在与各像素列相对应的线存储器C2～Cn中的像素信号顺次读出至水平输出线1005，并且水平传送该像素信号(t6～t12)。在t13及此后，对于下一和随后的像素行重复进行与t1～t12时相同的操作，从而进行一帧中的像素信号的扫描。

应该注意，在本说明书中，使用术语“扫描”作为包含垂直扫描和水平扫描两者的术语。使用术语“垂直扫描”作为包含从像素读出像素信号和垂直传送该像素信号两者的术语。使用术语“水平扫描”作为包含从线存储器C1～Cn读出像素信号和水平传送该像素信号两者的术语。

如上所述，在CMOS传感器的一般像素信号扫描方法中，同时垂直传送选定像素行中的像素信号，并且将其临时保持在各列的线存储器中。然后，将所保持的像素信号顺次读出至水平输出线，并且将其从一端的线存储器水平传送至另一端的线存储器。

在基准像素区域设置成与有效像素区域的一个边邻接的情况下，从与像素单元的前端相对应的列起，开始从线存储器读出像素信号，从而使得在有效像素区域中的像素信号之前读出用于偏移校正的基准像素区域中的像素信号。

因此，在这种情况下，至少在正在读出基准像素区域中的像素信号时，可以在图像处理电路中开始计算偏移校正值，并且此后，对于随后读出的有效像素区域中的像素信号，可以迅速地进行偏移校正。而且，偏移校正处理所需的图像处理电路的存储容量仅需要是用以存储基准像素区域中的像素信号的容量。

然而，在基准像素区域设置成与有效像素区域的相对的两个边邻接，并且基于使用所有设置的基准像素区域中的信号以估计的方式计算出的校正值来对有效像素区域中的信号进行校正处理的情况下，在传统的像素信号扫描方法中，不能高效地进行校正处理，并且校正处理所需的图像处理电路的存储容量必须大。

也就是说，为了基于设置成与有效像素区域的相对的两个边邻接的两个基准像素区域中的噪声电压来适当地进行校正处理，必须将一行中的所有像素的像素信号存储在图像处理电路的存储器中。

换句话说，除非将一行中的所有像素的像素信号存储在图像处理电路的存储器中，否则不能开始校正处理。而且，校正处理所需的图像处理电路的存储容量必须是用以存储有效像素区域和两个基准像素区域的一行中的所有像素的像素信号的容量，这需要高成本。

近年来，要求摄像设备具有更高的图像质量、更高速的连续拍摄以及拍摄运动图像等，并且，另外还日益要求加速上述对噪声成分的校正处理。

发明内容

本发明提供一种可以在不引起成本增加的情况下高速且适当地对噪声成分进行校正处理的摄像传感器及其驱动方法以及摄像设备。

因此，在本发明的第一方面，提供了一种摄像传感器，包括：有效像素区域，在所述有效像素区域中布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素；多个基准像素区域，在所述多个基准像素区域中布置有用于获得对于所述摄像信号的基准信号的像素，并且所述多个基准像素区域被配置成与所述有效像素区域的相对边邻接；保持单元，用于保持从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，其中，所述摄像信号和所述基准信号是以行为单位垂直扫描得到的；以及水平扫描单元，用于水平扫描由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号，其中，所述水平扫描单元在由所述保持单元保持的从所述有效像素区域获得的所述摄像信号之前，水平扫描由所述保持单元保持的从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号。

因此，在本发明的第二方面，提供了一种摄像设备，包括：摄像传感器，其包括：有效像素区域，在所述有效像素区域中布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素；多个基准像素区域，在所述多个基准像素区域中布置有用于获得对于所述摄像信号的基准信号的像素，并且所述多个基准像素区域被配置成与所述有效像素区域的相对边邻接；保持单元，用于保持从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，其中，所述摄像信号和所述基准信号是以行为单位垂直扫描得到的；以及水平扫描单元，用于水平扫描由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号；以及校正单元，用于基于所述基准信号，对所述摄像信号的噪声成分进行校正，其中，所述水平扫描单元在由所述保持单元保持的从所述有效像素区域获得的所述摄像信号之前，水平扫描由所述保持单元保持的从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号。

因此，在本发明的第三方面，提供了一种摄像传感器的驱动方法，所述摄像传感器包括：有效像素区域，在所述有效像素区域中布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素；多个基准像素区域，在所述多个基准像素区域中布置有用于获得对于所述摄像信号的基准信号的像素，并且所述多个基准像素区域被配置成与所述有效像素区域的相对边邻接；保持单元，用于保持从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，其中，所述摄像信号和所述基准信号是以行为单位垂直扫描得到的；以及水平扫描单元，用于水平扫描由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号，其中，所述水平扫描单元在由所述保持单元保持的从所述有效像素区域获得的所述摄像信号之前，水平扫描由所述保持单元保持的从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号。

根据本发明，在使用多个基准像素区域的像素信号来校正有效像素区域的像素信号的噪声成分的情况下，可以迅速地对噪声成分进行校正处理，而无需增大存储容量。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明第一至第三实施例的摄像设备的总体结构的框图；

图2是示意性示出根据第一实施例的摄像装置(CMOS传感器)的结构的电路图；

图3是示出根据第一实施例的水平扫描的驱动的时序图；

图4是示意性示出根据本发明第二实施例的水平扫描电路的结构的电路图；

图5是示出根据第二实施例的水平扫描的第一驱动模式的时序图；

图6是示出根据第二实施例的水平扫描的第二驱动模式的时序图；

图7是示出根据本发明第三实施例的水平扫描的驱动的时序图；

图8是示意性示出CMOS传感器中的像素的总体结构的电路图；

图9是示意性示出(具有一个基准像素区域的情况下的)CMOS传感器的总体结构的概况的电路图；

图10是示意性示出(具有两个基准像素区域的情况下的)CMOS传感器的总体结构的概况的电路图；以及

图11是示出CMOS传感器中的水平扫描的传统驱动的时序图。

具体实施方式

现在参考示出本发明的优选实施例的附图详细说明本发明。图1是示意性示出根据本发明第一至第三实施例的摄像设备的总体结构的框图。

图1的摄像设备100包括具有镜头1a和光圈1b的光学系统1、机械快门2、作为摄像传感器的摄像装置3、以及将模拟信号转换成数字图像信号的A/D转换器4。通过具有XY寻址扫描型扫描机制的CMOS传感器来实现摄像传感器3。

另外，摄像设备100具有生成用于驱动摄像装置3和A/D转换器4的定时信号的定时信号生成电路5以及驱动光学系统1、机械快门2和摄像装置3的驱动电路6。

定时信号生成电路5生成时钟信号以及后述的水平扫描开始脉冲信号PHST和水平扫描脉冲信号PH等各种定时信号。驱动电路6在系统控制单元13的控制下，控制对后述的摄像传感器3中的像素信号的扫描操作。

另外，摄像设备100具有对摄像信号进行校正处理等各种图像处理的图像处理电路7、存储经过了图像处理的图像数据的图像存储器8、以及可从摄像设备100移除的图像记录介质9。

此外，摄像设备100具有将经过了图像处理的图像数据记录在图像记录介质9中的记录电路10和显示经过了图像处理的图像数据的图像显示单元11。另外，摄像设备100具有控制图像显示单元11的图像显示操作的显示控制电路12。此外，摄像设备100具有控制摄像设备100的整体操作的系统控制单元13、非易失性存储器(ROM)14和易失性存储器(RAM)15。

ROM 14存储系统控制单元13要执行的程序、执行该程序所使用的参数和表等控制数据、以及对图像信号的各种校正所使用的数据。应该注意，ROM 14还存储用于控制后述的图3、5～7的时序图所示的像素信号的扫描的应用程序。

RAM 15用作装载要执行的程序、控制数据和校正数据等的工作区。应该注意，将电源开关16以及响应于按下机械快门2而接通和断开的第一开关17和第二开关18连接至系统控制单元13。

接着说明摄像设备100的摄像操作。在摄像装置3上形成通过光学系统1的镜头1a入射的被摄体光学图像。摄像装置3进行将被摄体光学图像转换成电子图像信号(像素信号)的光电转换，并且输出电子图像信号。当将机械快门2按下至第一深度，并且接通第一开关17时，驱动电路6在系统控制单元13的控制下，驱动光学系统1的光圈1b和镜头1a以进行自动曝光控制和自动调焦控制等。

当将机械快门2按下至第二深度，并且接通第二开关18时，驱动电路6在系统控制单元13的控制下，根据来自定时生成电路5的定时信号，控制摄像装置3中的像素信号的扫描。通过A/D转换器4将经过了扫描的模拟像素信号转换成数字信号，并且将该数字信号作为图像数据输出至图像处理电路7。

图像处理电路7在系统控制单元13的控制下，对图像数据进行各种校正值的计算以及校正、颜色转换、白平衡、伽玛校正、分辨率转换、图像压缩等各种图像处理。

使用包含在图像处理电路7中的图像存储器8临时存储正进行图像处理的图像数据，并且存储已经过图像处理的图像数据。通过记录电路10将已经过图像处理电路7的图像处理的图像数据转换成适合于图像记录介质9的数据(例如，具有分层结构的文件系统数据)，并且将其记录在图像记录介质9中。

另外，通过显示控制电路12将已经过图像处理的图像数据转换成适合于图像显示单元11的信号(例如，NTSC模拟信号)，并且将其显示在图像显示单元11上。而且，响应于来自系统控制单元13的请求，图像处理电路7将在图像处理过程中生成的图像数据及与其有关的信息输出至系统控制单元13。与图像数据有关的信息的例子包括与图像的空间频率、指定区域的平均值、压缩后的图像的数据量有关的信息。

响应于来自系统控制单元13的请求，记录电路10向系统控制单元13输出图像记录介质9的类型和图像记录介质9的剩余空间量等信息。另外，记录电路10根据来自系统控制单元13的控制信号，从图像记录介质9读取图像数据。

图像处理电路7根据来自系统控制单元13的控制信号，对压缩图像数据进行解压缩，并且将解压缩后的图像数据存储在图像存储器8中。存储在图像存储器8中的图像数据经过图像处理电路7的分辨率转换处理，被转换成适合于图像显示单元11的信号，并且显示在图像显示单元11上。

接着参考图2和3说明本发明的第一实施例。图2是示意性示出根据第一实施例的摄像装置3的结构的电路图。

摄像装置3具有光电转换功能、电荷累积功能以及通过XY寻址方案实现的电荷扫描功能。也就是说，通过MOS型图像传感器，具体为CMOS传感器实现摄像装置3(这同样适用于第二和第三实施例)。

通过像素单元20实现摄像装置3的光电转换功能和电荷累积功能。在像素单元20中，以矩阵的形式配置上述图8所示的像素。像素单元20包括有效像素区域21以及与有效像素区域21的左边和右边(相对边)邻接的第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b。

第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b中的各像素是通过金属膜等遮光构件被遮光的遮光像素。应该注意，第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b中的像素可以不是遮光像素，而是不具有光电二极管且不具有光电转换功能的非感光像素。

实际使用从有效像素区域21获得的信号电荷(像素信号和摄像信号)作为反映被摄体的拍摄图像。使用从第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b获得的像素信号作为从有效像素区域21所获得的像素信号的基准信号。也就是说，使用从第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b所获得的像素信号来指定从有效像素区域21所获得的像素信号的黑电平以及噪声成分的电平等。

应该注意，并非第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b中的所有像素都必须是上述遮光像素或非感光像素，而是可以在第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b中混和遮光像素和非感光像素；例如，可以交替配置遮光像素的行或列和非感光像素的行或列。然而，在本实施例中，因为本实施例的目的是为了校正由电源线和GND线中的电力变化引起的电图案噪声，因而优选在第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b中的像素的形式是相同的。

在必要时，垂直扫描电路23向像素单元20输出以上参考图8所述的像素传送信号PTX(对应于后述的垂直扫描脉冲信号PV)、行选择信号PSEL和像素复位信号PRES等控制脉冲信号。

在这种情况下，由垂直扫描脉冲信号PV共同控制以矩阵形式配置的多个像素中配置在同一行中的各像素的像素传送开关M1。另外，由像素复位信号PRES共同控制配置在同一行中的各像素的复位开关M2。此外，由行选择信号PSEL共同控制配置在同一行中的各像素的行选择开关M4。

也就是说，在同一定时控制配置在同一行中的各像素的开关，并且以行为单位在同一定时同时将同一行中的各像素信号从垂直输出线V1～Vn垂直传送至信号保持单元24的线存储器C1～Cn。

应该注意，配置在同一列中的像素共同连接至各垂直输出线V1～Vn。线存储器C1～Cn经由各水平扫描开关Q1～Qn共同连接至水平输出线25。水平扫描开关Q1～Qn的门端连接至水平扫描电路26的DFF1～DFFn的各Q输出端。

水平扫描电路26的DFF1～DFFn的D输入端以串联形式连接至前段的DFF1～DFFn的Q输出端，并且水平扫描电路26的DFF1～DFFn被配置成移位寄存器。

然而，最终段的DFFn的Q输出端与初段的DFF1的D输入端连接。而且，与有效像素区域21中的最后一个像素列相对应的DFFm-1的Q输出端不连接至下一段的与第二基准像素区域22b中的第一个像素列相对应的DFFm的D输入端，并且向DFFm的D输入端输入水平扫描开始脉冲信号PHST。

换句话说，水平扫描电路26具有由输出用于读出保持在线存储器C1～Cn中的像素信号的读出信号的DFF1～DFFm-1组成的第一移位寄存器、以及由DFFm～DFFn组成的第二移位寄存器。第二移位寄存器的Q输出端(信号输出端)和第一移位寄存器的D输入端(信号输入端)相互连接。

根据输入至第二移位寄存器的信号输入端，即DFFm的D输入端的水平扫描开始脉冲信号(水平扫描开始信号)PHST开始像素信号的水平扫描，并且与水平扫描脉冲信号PH同步进行该水平扫描。

在这种情况下，将水平扫描开始脉冲信号PHST从上述串联连接中的DFF的Q输出端移位至下一段的DFF的D输入端，并且将来自各Q输出端的脉冲信号顺次输入至水平扫描开关Q1～Qn的门端。

因此，按照下面的顺序进行像素信号的水平扫描：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。在这种情况下，如果独立地看第二基准像素区域22b、第一基准像素区域22a和有效像素区域21，则从左侧列向右侧列顺次水平扫描各区域中的像素信号。

如上所述，第一实施例的特征在于按照如下顺序进行像素信号的水平扫描：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21，而不是按照现有技术中的如下顺序：第一基准像素区域22a→有效像素区域21→第二基准像素区域22b。应该注意，第二和第三实施例也具有该特征。

接着参考图3详细说明第一实施例中的像素信号的水平扫描的操作定时。这里，主要说明选定进行扫描的像素行中的像素阵列中的水平扫描的操作定时(这同样适用于参考图5和6的说明)。

驱动电路6使垂直扫描电路23向像素单元20输出垂直扫描脉冲信号PV(t1～t2)。然后，垂直扫描电路23向选定行中的各像素输出必要的各种控制信号(t2～t3)。结果，通过各列的垂直输出线V1～Vn，同时将选定行中的各像素的像素信号垂直传送至线存储器C1～Cn，并且将其保持在线存储器C1～Cn中。

此后，驱动电路6使水平扫描电路26向与第二基准像素区域22b中的第一列相对应的第m列的DFFm输入水平扫描开始脉冲信号PHST(t3～t5)。结果，一开始就接通第m列的水平扫描开关Qm(t4)，并且从保持在第m列的线存储器Cm中的像素信号起，开始将信号读出至水平输出线25和在水平输出线25上进行水平传送，即开始水平扫描。

在从线存储器Cm读出信号和水平传送(t4～t6)之后，从线存储器Cm+1到线存储器Cn以列为单位顺次进行信号读出和水平传送，从而完成第二基准像素区域22b的信号读出和水平传送(t6～t8:Qm+1～Qn)。

如上所述，第n列的DFFn的Q输出端与第一列的DFF1的D输入端连接。因此，在第n列的水平扫描开关Qn接通的同时，向第一列的DFF1的D输入端输入H电平(H：高)信号。

结果，在完成第二基准像素区域22b中的水平扫描时，接通与第一基准像素区域22a相关联的第一列的水平扫描开关Q1(t9～t10)，并且将第一列的线存储器C1中所保持的像素信号读出至水平输出线25，并且水平传送该像素信号。此后，以列为单位进行水平扫描，直到保持在第m-1列的线存储器Cm-1中的像素信号为止，其中，第m-1列是与有效像素区域21相关联的最后一列(t10～t12:Q2～Qm-1)。

图像处理电路7使用经过水平扫描的第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b的像素信号来计算用于校正有效像素区域21的像素信号的噪声成分的校正系数和校正值。

在第一实施例中，以上述方式，按照下面的顺序进行水平扫描：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。换句话说，在第一实施例中，在有效像素区域21的水平扫描之前，进行第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b的水平扫描。

因此，至少当正在进行有效像素区域21中要校正的行的水平扫描时，可以开始噪声校正值的计算，因此即使在高速扫描像素信号的摄像设备中，图像处理电路7也能够以高实时响应性进行噪声校正处理。

而且，为了计算图像处理电路7校正有效像素区域21中的像素信号的噪声成分要使用的校正系数和校正值，仅需要准备具有能够存储第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b的一行的像素信号的存储容量的存储器。

也就是说，在第一实施例中，与现有技术相比，可以将用于计算校正系数和校正水平的存储器的存储容量降低存储有效像素区域21的一行的像素信号所需的容量。在第二和第三实施例中同样可以获得在第一实施例中所获得的上述效果。

在第一实施例中，设计下面的方式以按照下面的顺序水平扫描像素信号：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。具体地，第二移位寄存器(DFFm～DFFn)的信号输出端(DFFn的Q输出端)和第一移位寄存器(DFF1～DFFm-1)的信号输入端(DFF1的D输入端)直接相互连接。

另外，在第一实施例中，将作为水平扫描开始信号的水平扫描开始脉冲信号PHST输入至第二移位寄存器(DFFm～DFFn)的信号输入端(DFFm的D输入端)。

另一方面，在第二实施例中，设计下面的方式以按照下面的顺序水平扫描像素信号：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。具体地，在第二实施例中，第二移位寄存器的信号输出端(DFFn的Q输出端)和第一移位寄存器的信号输入端(DFF1的D输入端)经由水平扫描开始位置选择单元47相互连接。

而且，在第二实施例中，通过选择性地向第二寄存器的信号输入端(DFFm的D输入端)输入水平扫描开始脉冲信号PHST，水平扫描开始位置选择单元47使得能够从第二基准像素区域22b起开始水平扫描。

然而，通过选择性地向第一寄存器的信号输入端(DFF1的D输入端)输入水平扫描开始脉冲信号PHST，水平扫描开始位置选择单元47还使得能够从第一基准像素区域22a起开始水平扫描。

应该注意，包括在水平扫描开始位置选择单元47中的三个开关47a、47b和47c由NMOS构成，并且在门电压为H电平时接通。

因此，当输入至水平扫描开始位置选择单元47的水平扫描开始位置选择信号STSEL为“H”时，接通开关47a和47b，并且利用反相器47d断开开关47c。结果，将水平扫描开始脉冲信号PHST输入至第二基准像素区域22b。另外，将来自DFFn的Q输出信号输入至DFF1的D输入端。

因此，当水平扫描开始位置选择信号STSEL为“H”时，与第一实施例类似，可以按照下面的顺序进行水平扫描：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。该驱动模式对应于图5的时序图。

当水平扫描开始位置选择信号STSEL处于L电平(L：低)时，断开开关47a和47b，并且利用反相器47d接通开关47c。结果，将水平扫描开始脉冲信号PHST输入至第一基准像素区域22a。另外，禁止将来自DFFn的Q输出信号输入至DFF1的D输入端。

因此，当水平扫描开始位置选择信号STSEL为“L”时，按照下面的顺序进行水平扫描：第一基准像素区域22a→有效像素区域21，并且不对第二基准像素区域22b中的像素信号进行水平扫描。该驱动模式对应于图6的时序图。

首先说明图5所示的驱动模式。在图5所示的驱动模式中，水平扫描开始位置选择信号STSEL为“H”，并且将水平扫描开始脉冲信号PHST输入至作为第二基准像素区域22b中的前列的第m列的DFFm的D输入端(t3～t5)。

因此，从保持在与第二基准像素区域22b中的第一列相对应的第m列的线存储器Cm中的像素信号开始，顺次开始水平扫描(t4:Qm)。在读出第二基准像素区域22b中的所有像素信号(t8:Qn)之后，顺次读出保持在与第一基准像素区域22a中的前列(第一列)～最后一列(第1列)相对应的线存储器C1～C1中的像素信号(t9～t11:Q1～Q1)。

然后，顺次读出保持在与有效像素区域21中的前列(第1+1列)～最后一列(第m-1列)相对应的线存储器C1+1～Cm-1中的像素信号(t11～t12:Q1+1～Qm-1)。

在图6所示的驱动模式中，水平扫描开始位置选择信号STSEL为“L”，并且向作为第一基准像素区域22a中的前列的第一列的DFF1的D输入端输入水平扫描开始脉冲信号PHST(t3)。

因此，首先，顺次读出保持在与第一基准像素区域22a中的前列(第一列)～最后一列(第1列)相对应的线存储器C1～C1中的像素信号(t4～t8:Q1～Q1)。然后，顺次读出保持在与有效像素区域21中的前列(第1+1列)～最后一列(第m-1列)相对应的线存储器C1+1～Cm-1中的像素信号(t8～t10:Q1+1～Qm-1)。

在图6所示的驱动模式中，不读出第二基准像素区域22b中的像素信号，但是在早于图5所示的驱动模式中完成水平扫描的定时的定时，完成水平扫描。因此，与图5所示的驱动模式相比，可以缩短水平扫描所需的时间。

当在下面的条件下驱动摄像设备100时，可以有效地使用图6所示的驱动模式。例如，当向摄像设备100连接闪光灯装置时，在闪光灯装置的二次电池的充电期间有大的电流流动，这很可能影响摄像设备100中的像素信号。具体地，在闪光灯装置的二次电池的充电期间拍摄图像的情况下，电噪声可能叠加在像素信号上，并且甚至在一帧的拍摄图像内噪声的水平也发生变化的可能性高。

因此，在可能导致在一帧的拍摄图像内噪声水平变化的这类驱动条件下，以图5所示的驱动模式进行水平扫描，以基于来自第一基准像素区域22a和第二基准像素区域22b两者的像素信号进行噪声校正。

另一方面，在不太可能导致在一帧的拍摄图像内噪声水平变化的驱动条件下，以图6所示的驱动模式进行水平扫描，以仅使用来自第一基准像素区域22a，即基准像素区域中的一部分的像素信号来进行噪声校正。这使得能够更快速地开始噪声校正。

也就是说，根据摄像设备100的驱动条件，系统控制单元13在第一水平扫描模式和第二水平扫描模式之间进行切换，其中，在第一水平扫描模式中，水平扫描电路46水平扫描有效像素区域和多个基准像素区域中的像素信号，在第二水平扫描模式中，水平扫描电路46水平扫描多个基准像素区域中的一部分和有效像素区域中的像素信号。该模式切换可以通过用户手动进行，或者通过摄像设备100的系统控制单元13自动进行。

而且，不仅可以根据摄像设备100的驱动条件，而且还可以根据在拍摄亮度瞬间增大的烟火的情况的被摄体条件、以及在被摄体的亮度仅轻微变化但被摄体周围的亮度显著变化的情况的拍摄环境条件，来进行该模式切换。

简而言之，根据产生电噪声的条件，可以在第一水平扫描模式和第二水平扫描模式之间进行选择。

通过上述模式切换，可以避免无用地进行不必要的操作，并且可以降低功耗，这在利用二次电池驱动摄像设备100时特别有用。

在第一和第二实施例中，通过在水平扫描电路中分开提供两个移位寄存器，按照下面的顺序进行像素信号的水平扫描：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。

另一方面，在第三实施例中，通过如在现有技术中一样在水平扫描电路中提供一个移位寄存器，并且进行虚拟水平扫描，按照下面的顺序进行像素信号的水平扫描：第二基准像素区域22b→第一基准像素区域22a→有效像素区域21。

如图7所示进行第三实施例中的像素信号的水平扫描的驱动控制。在下面的说明中，以如上述图10所示配置的CMOS传感器(摄像装置3)中的像素信号的水平扫描作为例子。

在开始像素信号的实际水平扫描之前，在没有向垂直扫描电路1003输入垂直扫描脉冲信号PV的状态下，驱动电路6向水平扫描电路1006输入水平扫描开始脉冲信号PHST(t1～t3)。具体地，在第三实施例中，在任一线存储器C1～Cn中未保持经过了垂直扫描的像素信号的状态下，从与像素单元1000中的前列相对应的线存储器C1开始，顺次开始虚拟水平扫描。

然后，在完成从线存储器C1到与有效像素区域1001中的最后一个像素列相对应的线存储器Cm-1的虚拟水平扫描(t2～t5)之后，驱动电路6暂时停止向水平扫描电路1006输出水平扫描脉冲信号PH(t6)。

暂时停止输出水平扫描脉冲信号PH，以从线存储器C1～Cn等擦除选定行的各像素信号，并且输出垂直扫描脉冲信号PV以重新开始垂直扫描(这同样适用于第一和第二实施例)。

在暂时停止输出水平扫描脉冲信号PH之后，驱动电路6使垂直扫描电路1003强制将选定行设置为要进行信号读出的像素区域中的前行，以从要进行信号读出的像素区域中的前行的像素信号开始，进行像素信号的扫描。由于根据停止摄像操作的定时，在一些情况下，选定行不是进行信号读出的像素区域中的前行，因而进行用于强制设置选定行的选择操作。

然而，在静止图像的情况下，仅需要针对每一帧(一个图像)的第一个选定行进行选定行的强制选择。而且，在连续帧的运动图像的情况下，仅需要针对第一个帧的第一个选定行进行选定行的强制选择。这意味着虚拟水平扫描几乎不影响噪声校正的快速性。

在暂时停止输出水平扫描脉冲信号PH时(t7～t8)，驱动电路6使垂直扫描电路1003向像素单元1000输入垂直扫描脉冲信号PV。响应于输入垂直扫描脉冲信号PV，同时读出选定行中的各像素的像素信号，并且将其同时垂直传送至线存储器C1～Cn。因此，保持在线存储器C1～Cn中的像素信号变成反映被摄体光学图像和OB信号等并且对于摄像设备100具有重要意义的实质信号。

在选择要进行扫描的像素行时，必要时，驱动电路6使垂直扫描电路1003输出各种控制信号(t8～t9)。然后，在将选定行的像素信号保持在各列的线存储器C1～Cn中之后，驱动电路6使水平扫描电路1006重新开始输出水平扫描脉冲信号PH(t9)。

在重新开始输出水平扫描脉冲信号PH时，将保持在与第二基准像素区域1002b中的前像素列相对应的线存储器Cm中的像素信号读出至水平输出线1005，并且对其进行水平传送(t9～t10:Qm)。此后，将保持在线存储器Cm+1～Cn中的像素信号顺次读出至水平输出线1005，并且对其进行水平传送(t10～t12:Qm+1～Qn)。

应该注意，驱动电路6在读出保持在线存储器Cn中的像素信号的定时，向水平扫描电路1006输入水平扫描开始脉冲信号PHST(t11～t13)。结果，读出保持在与像素单元1000中的前像素列相对应的线存储器C1中的像素信号，并且进行水平传送(t12～t14:Q1)。

此后，读出保持在从线存储器C2到与有效像素区域1001中的最后一个像素列相对应的线存储器Cm-1中的像素信号，并且对其进行水平传送(t14～t15:Qm-1)。然后，在完成从线存储器Cm-1的读出时，驱动电路6再次停止向水平扫描电路1006输出水平扫描脉冲信号PH。在时间t16及其后，类似于t7～t16，进行像素信号的扫描。

如上所述，在第三实施例中，通过在拍摄一个静止图像或者一个运动图像期间仅进行一次如下操作，从第二基准像素区域开始，开始实质扫描：对于一行的第一基准像素区域和有效像素区域，进行虚拟水平扫描，而不进行垂直扫描。

因此，即使在第三实施例中进行虚拟水平扫描，也可以如第一和第二实施例中一样，获得相同程度的噪声校正的快速性，确切地说，在第三实施例中，可以使用传统的移位寄存器，并且其优点更多。如上所述，在第一～第三实施例中，在有效像素区域中的像素信号之前，对两个基准像素区域中的像素信号进行水平扫描。

因此，为了校正有效像素区域中的像素信号的噪声成分，不需要用于保持两个基准像素区域中的像素信号和有效像素区域中的像素信号的存储容量，存储容量仅需要是存储两个基准像素区域中的像素信号的容量。也就是说，没有引起成本增加。

而且，至少在正对有效像素区域中的像素信号进行水平扫描时，可以开始下面的计算处理：基于两个基准像素区域中的像素信号，计算用于校正有效像素区域中的像素信号的噪声成分的校正值。结果，可以适当进行对噪声成分的校正处理。

此外，可以使用设置成与有效像素区域的相对边邻接的多个基准像素区域中的像素信号，来校正有效像素区域中的像素信号的噪声成分。因此，例如，即使在噪声量根据水平扫描位置而不同的情况下，也可以快速地进行校正处理。

应该注意，本发明不局限于第一至第三实施例，而且构成水平扫描电路的移位寄存器可以包括除D型触发器以外的JK型触发器等的触发器。

而且，根据第一至第三实施例的技术思想可应用于除CMOS传感器以外的摄像传感器(图像传感器)，只要该摄像传感器具有XY寻址扫描型扫描机制，并且被配置为同时垂直扫描一行的像素信号即可。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)，以及通过系统或设备的计算机读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行各步骤的方法，来实现本发明的方面。为了这一目的，例如通过网络或者用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)，向计算机提供该程序。

尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求2008年11月27日提交的日本特开2008-302535的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (12)

1.一种摄像传感器，包括：

有效像素区域，在所述有效像素区域中布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素；

多个基准像素区域，在所述多个基准像素区域中布置有用于获得对于所述摄像信号的基准信号的像素，并且所述多个基准像素区域被配置成与所述有效像素区域的相对边邻接；

保持单元，用于保持从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，其中，所述摄像信号和所述基准信号是以行为单位垂直扫描得到的；以及

水平扫描单元，用于水平扫描由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号，

其中，所述水平扫描单元在由所述保持单元保持的从所述有效像素区域获得的所述摄像信号之前，水平扫描由所述保持单元保持的从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号。

2.根据权利要求1所述的摄像传感器，其特征在于，所述水平扫描单元具有输出用于读出由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号的读出信号的第一移位寄存器和第二移位寄存器，所述第二移位寄存器的信号输出端和所述第一移位寄存器的信号输入端相互连接，并且向所述第二移位寄存器的信号输入端输入水平扫描开始信号。

3.根据权利要求1所述的摄像传感器，其特征在于，所述水平扫描单元具有：第一移位寄存器和第二移位寄存器，其输出用于读出由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号的读出信号；以及输入单元，其选择性地向所述第一移位寄存器的信号输入端和所述第二移位寄存器的信号输入端输入水平扫描开始信号。

4.根据权利要求1所述的摄像传感器，其特征在于，所述水平扫描单元具有输出用于读出由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号的读出信号的一个移位寄存器，并且在所述保持单元中未保持经过了垂直扫描的所述摄像信号和所述基准信号的状态下对所述多个基准像素区域中的一个基准像素区域和所述有效像素区域进行水平扫描之后，所述水平扫描单元开始在所述保持单元中保持了经过了垂直扫描的所述摄像信号和所述基准信号的状态下的水平扫描。

5.一种摄像设备，包括：

摄像传感器，其包括：有效像素区域，在所述有效像素区域中布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素；多个基准像素区域，在所述多个基准像素区域中布置有用于获得对于所述摄像信号的基准信号的像素，并且所述多个基准像素区域被配置成与所述有效像素区域的相对边邻接；保持单元，用于保持从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，其中，所述摄像信号和所述基准信号是以行为单位垂直扫描得到的；以及水平扫描单元，用于水平扫描由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号；以及

校正单元，用于基于所述基准信号，对所述摄像信号的噪声成分进行校正，

其中，所述水平扫描单元在由所述保持单元保持的从所述有效像素区域获得的所述摄像信号之前，水平扫描由所述保持单元保持的从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号。

6.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，所述水平扫描单元具有控制单元，所述控制单元提供控制以在第一水平扫描模式和第二水平扫描模式之间进行切换，其中，在所述第一水平扫描模式中，所述水平扫描单元水平扫描从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，在所述第二水平扫描模式中，所述水平扫描单元水平扫描从所述多个基准像素区域中的一部分获得的所述基准信号和从所述有效像素区域获得的所述摄像信号。

7.根据权利要求6所述的摄像设备，其特征在于，所述控制单元根据产生电噪声的条件，在所述第一水平扫描模式和所述第二水平扫描模式之间进行切换。

8.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，在所述水平扫描单元正在水平扫描所述有效像素区域的像素信号时，所述校正单元开始如下处理：基于所述基准像素区域的像素信号，计算在校正所述有效像素区域的像素信号中的噪声时所使用的校正值。

9.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，所述水平扫描单元具有输出用于读出由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号的读出信号的第一移位寄存器和第二移位寄存器，所述第二移位寄存器的信号输出端和所述第一移位寄存器的信号输入端相互连接，并且向所述第二移位寄存器的信号输入端输入水平扫描开始信号。

10.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，所述水平扫描单元具有：第一移位寄存器和第二移位寄存器，其输出用于读出由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号的读出信号；以及输入单元，其选择性地向所述第一移位寄存器的信号输入端和所述第二移位寄存器的信号输入端输入水平扫描开始信号。

11.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，所述水平扫描单元具有输出用于读出由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号的读出信号的一个移位寄存器，并且在所述保持单元中未保持经过了垂直扫描的所述摄像信号和所述基准信号的状态下对所述多个基准像素区域中的一个基准像素区域和所述有效像素区域进行水平扫描之后，所述水平扫描单元开始在所述保持单元中保持了经过了垂直扫描的所述摄像信号和所述基准信号的状态下的水平扫描。

12.一种摄像传感器的驱动方法，所述摄像传感器包括：有效像素区域，在所述有效像素区域中布置有用于获得用作拍摄图像的摄像信号的像素；多个基准像素区域，在所述多个基准像素区域中布置有用于获得对于所述摄像信号的基准信号的像素，并且所述多个基准像素区域被配置成与所述有效像素区域的相对边邻接；保持单元，用于保持从所述有效像素区域获得的所述摄像信号和从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号，其中，所述摄像信号和所述基准信号是以行为单位垂直扫描得到的；以及水平扫描单元，用于水平扫描由所述保持单元保持的所述摄像信号和所述基准信号，

其中，所述水平扫描单元在由所述保持单元保持的从所述有效像素区域获得的所述摄像信号之前，水平扫描由所述保持单元保持的从所述多个基准像素区域获得的所述基准信号。

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